Prof. MSc. Edemir F. Garcia EQUILÍBRIO QUÍMICO -INTRODUÇÃO -CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO...

Prof. MSc. Edemir F. Garcia

EQUILÍBRIO QUÍMICO

-INTRODUÇÃO

-CARACTERÍSTICAS DO EQUILÍBRIO

-ANÁLISE GRÁFICA DO EQUILÍBRIO

-CONSTANTE DE EQUILÍBRIO

-PRINCÍPIO DE LE CHATELIER

-DESLOCAMENTO DO EQUILÍBRIO

-EXERCÍCIOS


A + B C + D


V1 = V2

O que existe, na verdade, são duas reações opostas que ocorrem com a mesma velocidade.


(c) [Produtos] X Tempo


[P]>[R]


[R]>[P]


[P]>[R]

[R]>[P]


A B

KEq = [ B ]

[ A ]

KEq > 1 = [ B ] > [ A ]

KEq < 1 = [ A ] > [ B ]


1.888

Prof. MSc. Edemir F. GarciaConsideremos o efeito da variação de concentração na mistura em equilíbrio cloro e água. A equação de equilíbrio é:

Cl2 + 2 H2O HOCl + H3O+ + Cl-

Esquerda

Direita

EsquerdaDireita

Esquerda

Prof. MSc. Edemir F. GarciaExemplo:

N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)

1mol 3 mols 2 mols O lado esquerdo da reação representa 4 mols de gás combinando-se para dar 2 mols no lado direito.

Um aumento na pressão total do sistema desloca o equilíbrio para a direita.

Exemplo:

N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

1mol 1 mol 2 mols

Prof. MSc. Edemir F. GarciaO calor pode ser considerado um reagente em reações endotérmicas ou um produto em reações exotérmicas. Portanto, a temperatura é análoga à concentração, ao se aplicar o Princípio de Le Chatelier aos efeitos do calor em uma reação química.

Exemplo1:

C(s) + CO2(g) + calor 2 CO(g)

A reação é endotérmica e, como pode ser visto, o equilíbrio desloca-se para a direita em temperaturas mais elevadas. Exemplo2:

PCl3(l) + Cl2(g) PCl5(s) + 88 kJ

Neste caso a reação é exotérmica. O calor fará com que o produto PCl5, se decomponha, regenerando o PCl3 e o Cl2. Portanto, o calor desloca o equilíbrio para a esquerda.


Keq varia com a temperatura

Exemplos:

N2 + 3H2 2NH3

t°C Keq

200 0,4

300 4.10-3

400 2.10-4

Prof. MSc. Edemir F. GarciaKp : Constante de equilíbrio gasoso

Nas reações em fase gasosa, as concentrações dos reagentes e dos produtos também podem ser expressas em termos das suas pressões parciais

Para seguinte sistema em equilíbrio.

N2O4 (g) 2 NO2 (g)

Podemos escrever

Onde PNO2 e PN2O4

são respectivamente, as pressões parciais (em

atm) de NO2 e N2O4 no equilíbrio.

KP significa que as concentrações de equilíbrio estão expressas em termos de pressão.

42

2

ON

NO2

P

PPK


Relação entre KC e KP

ncP RTKK )(

Em que :R = 0,0821 L.atm/K. mol

∆n = moles de produtos no estado gasoso – moles de reagentes no estado gasoso


1) Escrever a expressão da constante de equilíbrio (Keq) para as seguintes reações genéricas de equilíbrios homogêneos: a)2A + 3B C + 4D a)X 2Y + M

32

4

][][

]].[[

BA

DCK eq

][

].[][ 2

X

MYKeq

Prof. MSc. Edemir F. Garcia2) Em determinadas condições de pressão e temperatura, um frasco fechado contém 0,4 mol/L de O3(g) em equilíbrio com 0,2 mol/L de O2(g), de acordo com a seguinte equação: 3 O2 2 O3

Determine o valor de Keq.

20008,0

16,0

2,0

4,0

][

][3

2

32

23 O

OKeq


Solução

3- Sabendo-se que no equilíbrio H2(g) + I2(g) 2 HI(g) a pressão parcial do hidrogênio é 0,22 atm, a do iôdo é 0,22 atm e a do gás iodídrico é 1,56 atm, qual o valor da constante de equilíbrio Kp?

Como temos um sistema envolvendo gases podemos trabalhar direto em função de pressões parciais

2,50

22,022,0

56,1 2

22

2

pIpH

pHIKp

Prof. MSc. Edemir F. Garcia4- Quais sãos os valores de Kp e Kc para a reação H2O(l) H2O(g), a 25ºC, considerando que a pressão do vapor-d´agua é igual a3,17kp.

SoluçãoKp = pH2O = 3,17 kPa

nRTKpKc 1 RTKpKc

1298.314,817,3 Kc 298.314,8

17,3Kc

LmolKc /10.28,1 3

Prof. MSc. Edemir F. Garcia05 – Suponha que, para o sistema representado pela equação abaixo, as concentrações no equilíbrio são: [SO2] =[O2]=0,10 mol/L e [SO3] = 0,20. Calcule Kc.

gg OSOSOg 223 22

23

22

2

][

][][

SO

OSOKc

Solução

2

2

20,0

10,0.10,0Kc

025,0Kc


6- Considere o equilíbrio representado pela equação abaixo. Suponha que comecemos com HI puro a uma concentração de 0,100 M. A concentração no equilíbrio é 0,010 M. Calcule: a) [I2] ; b [H2] c) Kc para a reação.Reação: 2HI(g) H2(g) + I2(g)

Solução: 2HI(g) H2(g) + I2(g)

[ ] inicial 0,100 0 0Variação - 2x +x +xEquilíbrio 0,01 x x

Cálculo de x 0,100 – 2x = 0,01; x = 0,045 [H2] = x = 0,045 M [I2] = x = 0,045M

222

][

]].[[

HI

IHKc LMolsKc /25,20

)01,0(

045,0.045,02


Equilíbrio Iônico da águaEquilíbrio Iônico da água

Objetivos:Objetivos:

Demonstrar o produto iônico da águaDemonstrar o produto iônico da água

EstudarEstudar

IndicadoresIndicadores

pHpH


Água como ácido:Água como ácido:


NHNH33 + H + H22O O NH NH44++ + OH + OH--

ácidoácido

Água como base:Água como base:

HCl + HHCl + H22O O H H33OO++ + Cl + Cl--

basebase


E o que a águaE o que a águatem com isso?tem com isso?

HH22O + HO + H22O O H H33OO++ + OH + OH--

Por comportar-se Por comportar-se como ácido e base, como ácido e base,

existe um equilíbrio existe um equilíbrio mesmo na água mesmo na água

pura:pura:

HH22O O H H++ + OH + OH--

ácidoácidobasebase



Constante de equilíbrio:Constante de equilíbrio:


KKii ==[H[H++]] .. [OH[OH--]]

[H[H22O]O][H[H22O] é constanteO] é constante

KKii == [H[H++]] .. [OH[OH--]][H[H22O]O].. KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]



Constante de equilíbrio é influenciada pela Constante de equilíbrio é influenciada pela temperaturatemperatura

TemperaturaTemperatura (ºC) (ºC) KKww

1010 0,3x100,3x10-14-14

2020 0,7x100,7x10-14-14

2525 1,0x101,0x10-14-14

3030 1,5x101,5x10-14-14

4040 2,9x102,9x10-14-14

Usaremos KUsaremos Kww a 25 ºC a 25 ºC

KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]



As concentrações de HAs concentrações de H++ e OH e OH-- são iguais: são iguais:


KKww == [H[H++]] .. [OH[OH--]]

KKww == [H[H++]]22

1,0x101,0x10-14-14 == [H[H++]]22

1010-7-7==[H[H++]] 1010-7-7==[OH[OH--]]


Medidas de pHMedidas de pH

Na água pura a [HNa água pura a [H++] é igual a [OH] é igual a [OH--], portanto a solução é ], portanto a solução é neutraneutra

Soluções ácidas:Soluções ácidas:

[H[H++] > [OH] > [OH--]]

Soluções básicas:Soluções básicas:

[H[H++] < [OH] < [OH--]]



ácido

ácido

Neutro

básico

[H+] [OH-] Meio

100 mol/L 10-14 mol/L

10-6 mol/L 10-8 mol/L

10-7 mol/L 10-7 mol/L

10-9 mol/L 10-5 mol/L

10-14 mol/L 100 mol/L básico

Transformar as concentrações em uma escala tornaria Transformar as concentrações em uma escala tornaria mais fácil classificar um meio em ácido ou básicomais fácil classificar um meio em ácido ou básico

Escala de pHEscala de pH

ácidoácido básicobásico77

neutroneutro

00 1414



ácido

ácido

Neutro

básico

[H+] [OH-] Meio

100 mol/L 10-14 mol/L

10-6 mol/L 10-8 mol/L

10-7 mol/L 10-7 mol/L

10-9 mol/L 10-5 mol/L



pH = potencial hidrogeniônicopH = potencial hidrogeniônico


pH = -log [HpH = -log [H++]]

pOH = -log [OHpOH = -log [OH--]]

pH + pOH = 14pH + pOH = 14

Qual o pH de uma solução de [HQual o pH de uma solução de [H++] = 10] = 10-4-4 mol/L mol/L

pH = -log 10pH = -log 10-4-4

pH = -(-4) log 10pH = -(-4) log 10 pH = 4pH = 4



[H+] [OH-] Meio

100 mol/L 10-14 mol/L ácido

10-6 mol/L 10-8 mol/L ácido

10-7 mol/L 10-7 mol/L Neutro

10-9 mol/L 10-5 mol/L básico


pH pOH

0 14

6 8

7 7

9 5

14 0

Propriedades:

log a = b a = 10b

log (a.b) = log a + log blog (a/b) = log a - log blog ab = b . log a

pH = -log 100

pH = -(0) log 10

pH = 0

0 + pOH = 14 14


IndicadoresIndicadores

Substâncias que tem cores diferentes em meio ácido ou básico.Substâncias que tem cores diferentes em meio ácido ou básico.

Um dos mais usados é a fenolftaleínaUm dos mais usados é a fenolftaleína

meio ácido meio ácido Incolor Incolor meio básico meio básico Vermelha Vermelha

Azul de BromotimolAzul de Bromotimol

meio ácido meio ácido Laranja Laranja meio básico meio básico Azul Azul


Peagâmetro medidor de pH acoplado a um eletrodo de

pH. O medidor de pH é um milivoltímetro com uma escala que converte o valor de tensão do eletrodo de pH em unidades de pH. Este tipo de eletrodo é chamado "íon seletivo"


Grau de Ionização e Lei de Ostwald

Força de um eletrólito = ni x 100 ndni – Número de moléculas ionizadasnd – Número de moléculas dissolvidas

Ki = M. 2 se 1, Ki = M. 2 e ainda 1 - [H+] = . [ ]


6 - O vinagre pode ser considerado uma solução de concentração 0,72 M em relação ao ácido acético. Esse ácido é fraco e possui constante de

ionização Ka igual a 1,8 .10-5, a 250C. Determine:

•a) o grau de ionização do ácido nesta temperatura;

•b) a concentração molar de íons H+ do vinagre.

Dados do Exercício

510.8,1

72,0

aK

MM

Sabemos que:

Ka = M.α2

[H+] =M α

Solução


a) = M

Ka = 72,0

10.8,1 5

= 5.10-3 = 0,5%

b) [H+] = M = 0,72 . 0,005 = 3,6 .10-3 mol/L

Observação muito importante:

Repare que não foi usada a expressão completa da constante de ionização. Como a constante tem um valor muito pequeno da ordem de 10-5, desprezamos 1- . Se o exercício trazer um grau de ionização > ou = 5%, devemos fazer uso da expressão completa.

ou

Ki = M 2

1

2MKi


7- (PUC-Campinas) Uma área agrícola foi adubada com amônia, nitrato e fosfato de amônio. Na amostra das água residuais da irrigação dessa área verifica-se que a concentração de íons OH- é igual a 8.10-5 mol/L. Qual o pH da amostra? (dados: log 8 =0,9)

OH-8.10-5 pOH = -log OH-

pOH = -log 8.10-5 pOH = 5 – log 8 pOH =4,1

pH + pOH = 14 pH = 14 – 4,1 pH = 9,9

Atenção!Como o exercício deu OH-, mostrando que a solução é básica, calculamos primeiro o pOH, para depois calcularmos o pH

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